Research on meshing stiffness and damping of spur gear considering elastohydrodynamic lubrication

XIA Boqian; WANG Shuangmeng; ZHANG Zebin

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.008

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Research on meshing stiffness and damping of spur gear considering elastohydrodynamic lubrication

·Vibration·Noise·Monitoring·Diagnosis· | 更新时间：2026-02-12

- Research on meshing stiffness and damping of spur gear considering elastohydrodynamic lubrication
- Journal of Mechanical Strength Vol. 48, Issue 2, Pages: 62-71(2026)
- 作者机构：
  
  1.郑州升达经贸管理学院机电学院，郑州 451191
  2.郑州大学机械与动力工程学院，郑州 450001
- 作者简介：
  
  XIA Boqian, E-mail: xiazhongkun@126.com
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(12272354)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.008
  CLC： TH117
- Received：07 May 2024，
  
  Revised：2024-07-02，
  
  Published：15 February 2026
- 稿件说明：
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夏伯乾，王双猛，张泽斌. 考虑弹流润滑影响的直齿轮啮合刚度和阻尼研究［J］. 机械强度，2026，48（2）：62-71.

XIA Boqian，WANG Shuangmeng，ZHANG Zebin. Research on meshing stiffness and damping of spur gear considering elastohydrodynamic lubrication［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：62-71.
夏伯乾，王双猛，张泽斌. 考虑弹流润滑影响的直齿轮啮合刚度和阻尼研究［J］. 机械强度，2026，48（2）：62-71. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.008.

XIA Boqian，WANG Shuangmeng，ZHANG Zebin. Research on meshing stiffness and damping of spur gear considering elastohydrodynamic lubrication［J］. Journal of Mechanical Strength，2026，48（2）：62-71. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2026.02.008.

摘要

目的

针对现有齿轮啮合刚度与阻尼计算中，忽略弹流润滑的影响，或需求解复杂弹流方程等不足，建立更贴合实际的齿轮传动系统动力学模型，探究弹流润滑对直齿轮啮合刚度与阻尼的影响规律。

方法

首先，基于线接触弹流摩擦副刚度拟合计算式，提出修正石川公式，以弹流摩擦副接触变形替代石川公式中的Hertz接触变形。其次，结合线接触弹流摩擦副阻尼计算式，系统研究齿轮结构参数与工况参数的影响。最后，通过对比分析验证所提方法的有效性。

结果

结果表明，考虑弹流润滑后，直齿轮啮合刚度较石川公式计算结果显著降低，啮合刚度与阻尼沿啮合线呈周期性变化；二者随输入转矩、传动比的增大而增大，随模数、润滑油黏度的增大而减小，高速、轻载、大模数、高黏度工况下弹流润滑影响更为突出。

Abstract

Objective

Aiming at the problems that existing calculations of gear mesh stiffness and damping ignore the influence of elastohydrodynamic lubrication (EHL) or require solving complex EHL system equations

this study was conducted to establish a more practical dynamic model of gear transmission systems and explore the influence law of EHL on the mesh stiffness and damping of spur gears.

Methods

Firstly

based on the stiffness fitting formulas for line contact elastohydrodynamic friction pairs

a modified Ishikawa formula was proposed

in which the Hertz contact deformation in the original Ishikawa formula was replaced by the contact deformation of elastohydrodynamic friction pairs. Secondly

combined with the damping formula for line contact elastohydrodynamic friction pairs

the influences of gear structural parameters and operating parameters were systematically studied. Finally

the effectiveness of the proposed method was verified through comparative analysis.

Results

After considering EHL

the mesh stiffness of spur gears was significantly lower than that calculated by the original Ishikawa formula

and both mesh stiffness and damping showed periodic changes along the meshing line; both increased with the increase of input torque and transmission ratio

and decreased with the increase of modulus and lubricating oil viscosity. The influence of EHL was more prominent under high-speed

light-load

big-modulus and high-viscosity working conditions.

关键词

Keywords

references

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